Έλεγχος λοιμώξεων Saprolegnia για μια βιώσιμη υδατοκαλλιέργεια
Καθώς ο παγκόσμιος ανθρώπινος πληθυσμός συνεχίζει να αυξάνεται, η ασφαλής πρόσβαση σε θρεπτικά τρόφιμα είναι πολύ σημαντική για μια βιώσιμη κοινωνία και την ανάπτυξή της. Τα ψάρια και τα αλιευτικά προϊόντα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην επισιτιστική ασφάλεια, συμβάλλοντας στις διατροφικές ανάγκες των ανθρώπων σε όλο τον κόσμο. Ο κλάδος της υδατοκαλλιέργειας γίνεται όλο και πιο σημαντικός, όπως αντικατοπτρίζεται στην αύξηση της κατανάλωσης ψαριών τροφίμων από 9,0 kg κατά κεφαλήν το 1961 σε 20,3 kg το 2015 (FAO, 2018). Ενώ η βιωσιμότητα της αλιείας στον ωκεανό μπορεί να συζητηθεί, η κλίμακα της σκόπιμης ιχθυοκαλλιέργειας έχει αυξηθεί πάρα πολύ.
Η παγκόσμια παραγωγή υδατοκαλλιέργειας κορυφώθηκε σε περίπου 171 εκατομμύρια μετρικούς τόνους το 2016, με την υδατοκαλλιέργεια να αντιπροσωπεύει περίπου το 47% της συνολικής παραγωγής (FAO, 2018). Η υδατοκαλλιέργεια και ο ευρύτερος κλάδος της αλιείας συνεχίζουν να αναπτύσσονται με ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 5,8 %, ο οποίος είναι ταχύτερος από την ανάπτυξη άλλων μεγάλων τομέων παραγωγής τροφίμων. Τα ψάρια και τα προϊόντα ψαριών είναι από τα είδη διατροφής με τις περισσότερες εμπορικές συναλλαγές στον κόσμο και η υδατοκαλλιέργεια έχει μεγάλη οικονομική και κοινωνική σημασία καθώς η βιομηχανία διανέμεται παγκοσμίως, υποστηρίζοντας τα προς το ζην πολλών εκατομμυρίων ανθρώπων σε όλο τον κόσμο.
Όπως και στην παραδοσιακή γεωργία, ο έλεγχος της απώλειας προϊόντων από παράσιτα είναι ζωτικής σημασίας σε ένα ιχθυοτροφείο. Οι ασθένειες που προκαλούνται από διάφορα βακτήρια, μύκητες, θαλάσσιες ψείρες και μούχλα νερού (ωομύκητες που μοιάζουν με μύκητες) είναι μερικές από τις πιο σοβαρές απειλές για την υδατοκαλλιέργεια. Ιδιαίτερη ανησυχία προκαλούν οι ωομύκητες της Saprolegnia γένος, το οποίο περιλαμβάνει παθογόνα ψάρια, αμφίβια, καρκινοειδή και έντομα. Αυτοί οι μικροοργανισμοί είναι υπεύθυνοι για μεγάλες περιβαλλοντικές ζημιές και οικονομικές απώλειες στη γεωργία και την υδατοκαλλιέργεια. Λοίμωξη από Saprolegnia προκαλεί τουλάχιστον το 10-30 % της ετήσιας οικονομικής απώλειας στην εκτροφή σολομών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι απώλειες λόγω Saprolegnia μπορεί να φτάσουν το 50 % της συνολικής ετήσιας απώλειας στην παραγωγή ψαριών (Van Den Berg et al., 2013). Το είδος Saprolegnia parasitica προκαλεί σαπρολεγνίαση, μια διαβόητη ασθένεια που επηρεάζει τα αυγά των ψαριών, τα νεαρά ψάρια και τα ενήλικα ψάρια παγκοσμίως (Εικ. 1).
Σαπρολέγνια είδη είναι πιθανώς παρόντα σε όλα τα οικοσυστήματα του γλυκού νερού και μπορεί να ευθύνονται εν μέρει για την παγκόσμια μείωση των αποθεμάτων ψαριών, αν και τα ποσοστά ασθενειών είναι πολύ υψηλότερα στα εκτρεφόμενα ψάρια. Όντας ένα ευκαιριακό παθογόνο, ο S. parasitica Η μόλυνση στα ψάρια διαπιστώνεται όταν ένα ζώο υποβάλλεται σε σωματικό τραυματισμό, στρες ή άλλες ασθένειες, όλες οι συνθήκες που επιδεινώνονται σε πυκνοκατοικημένες αλιευτικές δραστηριότητες. Μόλις εγκατασταθεί, η μόλυνση προκαλεί βλάβη στην ακεραιότητα του επιθηλίου και σοβαρή καταστροφή ιστού, οδηγώντας στο θάνατο του ζώου. Περιπλέκοντας περαιτέρω τα πράγματα είναι το άγχος που προκαλείται στα ψάρια από κοινά προγράμματα εμβολιασμού που στοχεύουν βακτηριακά και ιικά παθογόνα. Τις εβδομάδες μετά τον εμβολιασμό, τα ψάρια είναι πιθανό να παρουσιάσουν αυξημένο στρες και βλάβη στους ιστούς, γεγονός που αυξάνει τον κίνδυνο εμφάνισης σαπρολεγνίασης.
Μέχρι το 2002, η οργανική βαφή πράσινου μαλαχίτη χρησιμοποιήθηκε αποτελεσματικά για τη διατήρηση του S. parasitica πληθυσμός υπό έλεγχο και μείωση της συχνότητας εμφάνισης ασθενειών, αλλά αυτή η χημική ουσία απαγορεύτηκε για χρήση στην ιχθυοβιομηχανία λόγω των καρκινογόνων και τοξικολογικών της ιδιοτήτων. Αυτό συνέβαλε στην αναζωπύρωση της Saprolegnia λοιμώξεις παγκοσμίως.
Διάφορες άλλες χημικές ουσίες ελέγχονται για τη δυνατότητά τους να ελέγχουν τη Saprolegnia μόλυνση, συμπεριλαμβανομένης της φορμαλίνης, της βρονοπόλης, του βορικού οξέος, της διοσίνης, του θειικού χαλκού και πολλών άλλων (Shin et al., 2017). Πολλές από αυτές τις ενώσεις φέρουν παρόμοιο βάρος οικοτοξικότητας με το πράσινο του μαλαχίτη. Επί του παρόντος δεν υπάρχει περιβαλλοντικά ασφαλής και αποτελεσματική θεραπεία που να παρέχει επαρκή προστασία έναντι της νόσου. Πρέπει να αναπτυχθούν νέες προσεγγίσεις για τον έλεγχο της ανάπτυξης των ωομυκήτων, οι οποίες πρέπει να είναι ιδιαίτερα στοχευμένες προκειμένου να μειωθεί η συνολική επιβάρυνση της τοξικότητάς τους. Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα μοριακά και φυσιολογικά μονοπάτια που σχετίζονται με την ανάπτυξη, την παθογένεια και την ειδικότητα του ξενιστή παθογόνων όπως το S. parasitica.
Πρόσφατα, το εργαστήριό μας παρουσίασε μια συγκριτική πρωτεομική ανάλυση που περιλαμβάνει τέσσερα στάδια ανάπτυξης της Saprolegnia (Srivastava et al., 2018). Τώρα έχουμε αναπτύξει έναν λειτουργικό αγωγό βιοπληροφορικής που συνδυάζει αυτά τα πρωτεομικά δεδομένα με αναζητήσεις γονιδιώματος και σαρώσεις βάσεων δεδομένων φαρμάκων. Αυτή η ιδιαίτερα εστιασμένη προσέγγιση οδήγησε στον εντοπισμό ενώσεων που στοχεύουν αρκετές υποψήφιες πρωτεΐνες που δυνητικά εμπλέκονται σε διαδικασίες βλαστικής ανάπτυξης και μόλυνσης, οι οποίες προβλέπουμε ότι δεν θα έχουν διασταυρούμενη τοξικότητα για τον άνθρωπο. Επί του παρόντος αναλύουμε τη δραστηριότητα αυτών των αναστολέων στις πρωτεΐνες-στόχους τους, χρησιμοποιώντας και τα δύο in vitro και in vivo προσεγγίσεις.
Ο εντοπισμός και ο χαρακτηρισμός των βασικών πρωτεϊνών-στόχων έχουν μεγάλες δυνατότητες για την ανάπτυξη ειδικών και φιλικών προς το περιβάλλον νέων αντιωομυκήτων φαρμάκων. Με επιτυχή αρχική εξέταση και δοκιμή φαρμάκων υπό in vitro συνθήκες, έχουμε ανακαλύψει πολλά στοιχεία για δυνητικά ασφαλή και αποτελεσματικό έλεγχο της νόσου. Η κατανόηση του ρόλου των πρωτεϊνών-στόχων στην παθοφυσιολογία, στις οδούς μόλυνσης ή στην επιβίωση του παθογόνου και ο συνδυασμός αυτού με τη γνώση των μηχανισμών δράσης των πιθανών φαρμάκων, αποτελούν σημαντικές δραστηριότητες στο εργαστήριό μας.
Προστατεύοντας τα ψάρια για επισιτιστική ασφάλεια, η έρευνά μας συμβάλλει επίσης στους Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης των Ηνωμένων Εθνών για μηδενική πείνα και ζωή κάτω από το νερό.
ΑΝΑΦΟΡΕΣ:
- FAO (2018). Η κατάσταση της παγκόσμιας αλιείας και υδατοκαλλιέργειας 2018 – Εκπλήρωση των στόχων βιώσιμης ανάπτυξης. Άδεια:CC BY-NC-SA 3.0 IGO.:Food and Agriculture Organization of the United Nations.
- Shin, S., Kulatunga, D.C.M., Dananjaya, S.H.S., Nikapitiya, C., Lee, J., and De Zoysa, M. (2017). Saprolegnia parasitica που απομονώθηκε από πέστροφα ουράνιου τόξου στην Κορέα:χαρακτηρισμός, δράση κατά της σαπρολέγνιας και αλληλεπίδραση παθογόνου ξενιστή στο μοντέλο της νόσου του ζέβρα. Mycobiology 45, 297-311.
- Srivastava, V., Rezinciuc, S., and Bulone, V. (2018). Ποσοτική πρωτεομική ανάλυση τεσσάρων αναπτυξιακών σταδίων της Saprolegnia parasitica . Frontiers in microbiology 8, 2658.
- Van Den Berg, A.H., McLaggan, D., Diéguez-Uribeondo, J., and Van West, P. (2013). Ο αντίκτυπος των καλουπιών νερού Saprolegnia diclina και Saprolegnia parasitica για τα φυσικά οικοσυστήματα και τη βιομηχανία υδατοκαλλιέργειας. Fungal Biology Reviews 27, 33-42.
